用于半导体激光器的控制系统的制作方法
【专利摘要】一种用于半导体激光器的控制系统，包括：激光电源、由多个分系统构成的水冷机、柜体和用于控制所述激光电源、所述水冷机和激光器运行的一个控制器；所述柜体内部设有第一隔板，所述水冷机设置在所述柜体内；控制器设有与所述激光器连接的接口，分别与所述水冷机和所述激光电源电连接，放置在所述第一隔板的上面。本实用新型将水冷机的各个分系统，以及半导体激光器的激光电源集成到一个电控系统中，节省了使用空间，使系统更加可控。
【专利说明】用于半导体激光器的控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及制冷装置【技术领域】，具体涉及一种用于半导体激光器的控制系统。
【背景技术】
[0002]半导体激光器系统,包括激光器、激光电源、冷却设备、控制器等，激光电源用于为激光器提供直流电输出，冷却设备用于为激光器提供冷却水。其中冷却设备包括多个分系统，每个分系统以及激光器的运行通常由多个独立的控制系统控制，集成度差。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种用于半导体激光器的控制系统，以解决上述现有系统结构集成度差的问题。
[0004]技术方案如下:
[0005]一种用于半导体激光器的控制系统，包括:激光电源、由多个分系统构成的水冷机，还包括:
[0006]柜体，内部设有第一隔板，所述水冷机设置在所述柜体内；
[0007]用于控制所述激光电源、所述水冷机和激光器运行的一个控制器，设有与所述激光器连接的接口，分别与所述水冷机和所述激光电源电连接，放置在所述第一隔板的上面。
[0008]进一步:激光电源，放置在所述第一隔板和所述控制器之间，所述控制器控制所述激光电源为所述激光器提供电源。
[0009]进一步:所述水冷机包括:主路冷却系统,包括:主水箱、主水泵、主出水口和主回水口 ；所述主出水口和所述主回水口设置在所述柜体的侧壁上，所述主水泵的两端分别与所述主水箱和所述主出水口连接，所述主回水口与所述主水箱连接，所述主水泵固定于所述柜体的底面的一角，所述主水箱设置在所述主水泵的上方；所述主水箱和所述主水泵之间的管路上还设有第一个三通接头；
[0010]空调冷却系统，包括:空调辅水泵，固定在所述第一隔板的下方的第二隔板上，位于所述主水箱的上方，其一端与所述第一个三通接头连接，输出冷却后的水；第一冷凝器，固定在所述第一隔板的底面，其两端分别与所述空调辅水泵和所述主水箱连接，将吸热后的水回送至所述主水箱；
[0011]所述主水泵和所述空调辅水泵分别与所述控制器电连接。
[0012]进一步:所述主路冷却系统还包括:主粗滤芯，设置在所述主水箱和所述主水泵之间的管路上，用于过滤粒径> 5微米的颗粒；
[0013]精滤芯，固定在所述第二隔板的底面，设置在所述主水泵和所述主出水口之间的管路上，用于过滤粒径> 2微米的颗粒。
[0014]进一步:所述主路冷却系统还包括:主路调节阀，设置在所述主水箱和所述主粗滤芯之间；[0015]在所述精滤芯和所述主出水口之间的出水管路上，沿水流方向依次还设有出水压力开关、用于测量出水的温度和流量的出水温度流量计、用于防止循环水倒流的主出水单向阀和主出水阀；
[0016]在所述主回水口和所述主水箱之间的回水管路上，沿水流方向依次还设有主回水阀、用于防止回水倒流的主回水单向阀和用于测量回水的温度的回水温度传感器；
[0017]所述主路调节阀、所述出水压力开关、所述主出水单向阀、所述出水温度流量计、所述主出水阀、所述主回水阀、所述主回水单向阀和所述回水温度传感器分别与所述控制器电连接。
[0018]进一步:所述水冷机还包括:去离子系统，所述去离子系统包括至少一个离子罐，用于调节回路电离度；所述离子罐固定在所述第二隔板的侧面，其一端与设置在所述主水泵和所述主出水口之间的第二个三通接头连接，另一端与所述主水箱连接。
[0019]进一步:所述去离子系统还包括:固定在所述第一隔板的底面的树脂粗滤芯，位于所述离子罐的一侧，设置在所述离子罐和所述主水箱之间的管路上；
[0020]离子度仪，设置在所述第二个三通接头和所述离子罐之间的管路中，与所述控制器电连接。
[0021 ] 进一步:所述水冷机还包括:辅路冷却系统；所述辅路冷却系统包括:
[0022]固定在所述第二隔板上的辅水箱，位于所述空调辅水泵的上方；
[0023]辅回水口和辅出水口，所述辅出水口和所述辅回水口设置在所述侧壁上；所述辅回水口与所述辅水箱连接；
[0024]固定在所述柜体的底面上的辅路水泵，两端分别与所述辅水箱和所述辅出水口连接，与所述控制器电连接。
[0025]进一步:所述主路冷却系统还包括:固定在所述柜体上的第二冷凝器，位于所述主水箱的一侧，用于冷却所述主水箱的循环水；
[0026]所述辅路冷却系统还包括:用于使回水散热的散热绕组，缠绕在所述第二冷凝器上，设置在所述辅回水口和所述辅水箱之间的管路上。
[0027]进一步:所述控制器为机器人控制模块RCU控制器。
[0028]本实用新型的有益效果是:
[0029]1、本实用新型将水冷机的各个分系统，以及半导体激光器的激光电源集成到一个电控系统中，节省了使用空间，使系统更加可控，而且节省了生产成本。
[0030]2、本实用新型将辅路冷却系统、主路冷却系统、空调冷却系统、去离子系统集成到一个系统中，集成度较高，使系统更加可控，而且节省了生产成本。
[0031]3、本实用新型利用冷凝器对辅助水路进行冷却，由于冷凝器组件温度稳定，可保证辅助水路的循环水温度适中，在复杂的工业环境下，有效的避免冷却部件由于温差过大导致的结露，从而防止保护镜片炸裂和工业环境中粉尘的影响。
[0032]4、本实用新型在主水泵和主出水口之间设有精滤芯，能够满足微通道结构对循环水颗粒度的要求，因此可以用来冷却内部设有微通道的大功率激光头。
[0033]5、本实用新型具有以下功能:提供遥控控制盒；具备外控接口，可与机床或机器人联动进行激光加工；提供外接急停端子，可与其他设备组合完成联锁；通过面板进行功率调节；可配套PC机远程控制；高精度水冷机温控系统；三路冷却水通道；标准驱动线缆 接口 ；可读取激光器内部传感器参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1实施例中用于半导体激光器的控制系统的主视图；
[0035]图2实施例中用于半导体激光器的控制系统的结构示意图；
[0036]图3实施例中用于半导体激光器的控制系统的右视图；
[0037]图4实施例中水冷机各部件的连接结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
[0039]用于半导体激光器的控制系统包括:柜体50、由多个分系统构成的水冷机202、用于控制水冷机202运行和激光器工作的一个控制器200等部件。其中:
[0040]如图1所不,柜体50的内部设有位于上方的第一隔板51和位于中间的第二隔板52，将柜体50分为上、中、下三个空间，用于支撑和保护内部各部件。
[0041]控制器200设有与激光器连接的接口，与水冷机202电连接，放置在第一隔板51的上面。
[0042]用于半导体激光器的控制系统还包括:激光电源201，激光电源201放置在第一隔板51和控制器200之间。
[0043]如图2所示，是用于半导体激光器的控制系统的结构示意图。激光电源201和控制器200均设有用于与激光器203连接的接口，激光电源201分别与激光器203和控制器200电连接，水冷机202和激光器203分别与控制器200电连接。控制器200控制激光电源201为激光器203提供电源，同时控制激光器203工作以及采集激光器203工作过程中温度、湿度等信号数据，并根据信号数据控制水冷机202对激光器203进行冷却。
[0044]优选地,控制器200为机器人控制模块(robot control unit, RCU)控制器。
[0045]激光电源201为激光功率单元(laser power unit, LPU)激光电源，其性能如下:驱动电流0.0+A—100A ;驱动电压10.0+V—80V ;具备80V0100A的恒流驱动能力；LD驱动功率变化率自动抑制保护；LD驱动电压自适应；LD断电静电保护；无过冲的LD精密恒流源驱动；意外断电、上电状态下的LD抗冲击保护。
[0046]控制系统还包括对控制器200发送指令的1/0设备204，1/0设备204与控制器200电连接。
[0047]优选地，1/0设备204为触摸屏，1/0设备204具备外控接口，可与机床或机器人联动进行激光加工。触摸屏分为控制页面、状态页面、水冷机页面、I/o页面四部分，可有效的回馈激光器203和水冷机202的工作状态，便于操作和设备调试；可通过控制器200读取激光器203内部传感器参数，便于监控激光器203内部元器件，通过触摸屏进行功率调节便于调节出光功率。
[0048]如图3和4所示，水冷机202包括:主路冷却系统和空调冷却系统。其中:
[0049]主路冷却系统包括主水箱1、主水泵2、主出水口 13和主回水口 14 ;主水泵2固定于柜体50的底面的一角，主水箱I设置在主水泵2的上方，主出水口 13和主回水口 14设置在柜体50的侧壁上，主水泵2的两端分别与主水箱I和主出水口 13连接，主回水口 14与主水箱I连接。主水泵2与控制器200电连接。从主出水口 13连接水管将冷却水引到待冷却件一第一冷却设备4，冷却后，再通过水管将第一冷却设备4中的冷却水送回主回水口 14。
[0050]主路冷却系统还包括:用于冷却循环水的散热组件3，主水箱I与散热组件3连接。散热组件3包括但不限于:蒸发盘管、压缩机和第二冷凝器301依次连接构成散热组件，蒸发盘管位于主水箱I内，压缩机和第二冷凝器301位于主水箱I外，固定在柜体50上的第二冷凝器301位于主水箱I的侧面，蒸发盘管和第二冷凝器301通过压缩机交换热量，从而使主水箱I中的循环水降温。控制器200分别与主水泵2和散热组件3电连接。压缩机的氟利昂瓶302位于第二冷凝器301的侧面。
[0051]主水箱I中还设有加热棒和水箱温度传感器101，加热棒用来在低温环境下运转初期对水进行加热。主水箱I上还设有主排水阀102、主溢水口 103和主注水口 104 ;主排水阀102、主溢水口 103和主注水口 104设置在柜体50外侧的下方。当主水箱I中注满水时，水从主溢水口 103溢出，停止注水；水箱温度传感器101与控制器200电连接，水箱温度传感器101用于测量主水箱I中循环水的温度。
[0052]主水箱I和主水泵2之间的管路上还设有主粗滤芯7，用于过滤粒径≥5微米的颗粒。 [0053]主水泵2和主出水口 13之间的管路上还设有精滤芯19，精滤芯19固定在第二隔板52的底面，用于过滤粒径> 2微米的颗粒。
[0054]主水箱I和主粗滤芯7之间的管路上还设有主路调节阀8，主路调节阀8与控制器200电连接。
[0055]精滤芯19和主出水口 13之间的出水管路上沿水流方向还依次设有出水压力开关
9、用于测量出水的温度和流量的出水温度流量计10 ;主回水口 14和主水箱I之间的回水管路上还设有回水温度传感器17，其中，出水温度流量计10、回水温度传感器17设置在管路中；出水压力开关9、出水温度流量计10和回水温度传感器17分别与控制器200电连接。
[0056]出水压力开关9和主出水口 13之间的出水管路上沿水流方向还依次设有用于防止循环水倒流的主出水单向阀11和主出水阀12 ;主回水口 14和回水温度传感器17之间的回水管路上沿水流方向依次还设有主回水阀15和用于防止回水倒流的主回水单向阀16 ；主出水单向阀11、主出水阀12、主回水阀15和主回水单向阀16分别与控制器200电连接。
[0057]空调冷却系统包括空调辅水泵5和第一冷凝器6，固定在第二隔板52上的空调辅水泵5位于主水箱I的上方，第一冷凝器6固定在第一隔板51的底面，空调辅水泵5的一端与设置主水箱I和主水泵2之间的第一个三通接头连接，空调辅水泵5与主水箱I之间设有第一冷凝器6，优选地，第一冷凝器6为双层并联不锈钢冷凝器阵列。控制器与空调辅水泵5电连接。
[0058]第一冷凝器6的下面设有风扇，风扇将第一冷凝器6附近冷空气吹入整个水冷机设备内进行冷却。
[0059]第一冷凝器6与主水箱I之间还设有空调温度传感器18，空调温度传感器18设置在管路中。控制器分别与风扇和空调温度传感器18电连接。
[0060]水冷机202还包括:去离子系统；去离子系统包括至少一个离子罐21。离子罐21固定在第二隔板52的侧面，主水泵2和主出水口 13之间的出水管路设有第二个三通接头，离子罐21设置在第二个三通接头和主水箱I之间的支路上。
[0061]当有多个离子罐21时，多个离子罐21并列设置在管路上，离子罐21中装有离子交换树脂，该离子交换树脂为本领域常用材料，用于调节回路电离度，满足循环水水质要求。优选地,离子罐的数量为3个。
[0062]离子罐21和主水箱I之间还设有树脂粗滤芯24，固定在第一隔板51的底面的树脂粗滤芯24位于离子罐21的一侧。
[0063]在第二个三通接头和离子罐21之间的管路中还设有离子度仪23，在第二个三通接头和离子度仪23之间的管路上还设有限流调节阀22，限流调节阀22和离子度仪23分别与控制器电连接。
[0064]水冷机202还包括:辅路冷却系统,辅路冷却系统包括辅水箱31、辅路水泵32、辅回水口 37和辅出水口 36。其中:固定在第二隔板上的辅水箱31位于空调辅水泵5的上方，固定在柜体50的底面的辅路水泵32位于第二冷凝器301的一侧，辅回水口 37和辅出水口36设置在柜体50的侧壁上，辅路水泵32的两端分别与辅水箱31和辅出水口 36连接，散热绕组34的两端分别与辅回水口 37和辅水箱31连接。控制器200与辅路水泵32电连接。从辅出水口 36连接水管将冷却水引到待冷却件一第二冷却设备33，冷却后，再通过水管将第二冷却设备33中的冷却水送回辅回水口 37。
[0065]辅路冷却系统还包括:用于使回水散热的散热绕组34，散热绕组34缠绕在第二冷凝器301上，散热绕组34通过第二冷凝器301散热。
[0066]辅路水泵32和辅出水口 36之间设有辅出水阀35，辅回水口 37和散热绕组34之间设有辅回水阀38，辅出水阀36和辅回水阀38分别与控制器电连接。
[0067]辅水箱31和辅路水泵32之间还设有辅粗滤芯39，柜体50的侧壁上还设有支架，辅粗滤芯39固定于支架上，位于离子罐21的下方，对循环水进行粗虑，防止意外异物进入回路，损坏泵体和后级回路组件。辅粗滤芯39为本领域常用滤芯，可以过滤粒径> 5微米的颗粒。
[0068]散热绕组34和辅回水阀38之间还设有辅温度流量计40，辅温度流量计40设置在管路中。辅温度流量计40包括温度传感器和流量传感器，温度传感器和流量传感器分别与控制器电连接，用于测量回水的温度和流量，实时监控回水的状态，保证循环水温度和流量的稳定。
[0069]辅水箱31设有辅排水阀301、辅溢水口 302和辅注水口 303，辅排水阀301、辅溢水口 302、辅注水口 303与主排水阀102、主溢水口 103、主注水口 104排列设置在柜体50外侧的下方。当辅水箱中注满水时，水从辅溢水口 302溢出，停止注水。
[0070]控制器开启主水泵2和空调辅水泵5，循环水在水泵的动力作用下由主水箱I流出，循环水经过主路调节阀8，经主粗滤芯7过滤后，通过第一三通接头一部分流入主水泵2，另一部分流入空调辅水泵5 ;流经主水泵2的循环水通过第二个三通接头一部分依次通过精滤芯19、出水压力开关9、出水温度流量计10、主出水单向阀11、主出水阀12和主出水口 13，到达第一冷却设备4，将被冷却件的热量带走，此时循环水温度升高作为回水，再依次通过主回水口 14、主回水阀15、主回水单向阀16、回水温度传感器17返回主水箱1，通过主水箱I中的蒸发盘管和外部的冷凝器组件交换热量，使主水箱I中的循环水降温，完成整个主路冷却系统循环；[0071]流经第二个三通接头的另一部分循环水经限流调节阀22流入离子度仪23后进入离子罐21，循环水经离子交换树脂去除一部分离子，到达树脂粗滤芯24，过滤后返回主水箱1，完成去离子系统循环；流经空调辅水泵5的循环水到达第一冷凝器6内部，第一冷凝器6利用低温的循环水对周围空气进行冷却，风扇将第一冷凝器6附近冷空气吹入整个系统内，对系统内的空气进行冷却，循环水通过第一冷凝器6内部，流经空调温度传感器18完成对空调回路水温的测量后返回主水1，完成整个空调冷却系统循环。控制器根据出水温度流量计10、回水温度传感器17、空调温度传感器18、压力表20以及离子度仪23测得的各参数对主路调节阀8、出水压力开关9、主出水单向阀11、主出水阀12、主回水阀15、主回水单向阀16、限流调节阀22等进行调节。
[0072]辅水箱31中注入普通水或者汽车防冻液，控制器开启辅路水泵32，循环水在辅路水泵32的动力作用下由辅水箱31流出，先通过辅粗滤芯39经辅出水阀35、辅出水口 36到达第二冷却设备33，将被冷却件的热量带走，此时循环水温度升高作为回水，通过辅回水口37和辅回水阀38，流经辅温度流量计40到达散热绕组34，冷凝器组件对回水进行冷却后，回水返回辅水箱31，完成辅路冷却系统循环。同时辅温度流量计40将回水的温度和流量参数传递给控制器，控制器对辅出水阀35、辅回水阀38进行调节，以保证循环水温度和流量的稳定。
【权利要求】
1.一种用于半导体激光器的控制系统，包括:激光电源、由多个分系统构成的水冷机，其特征在于，还包括， 柜体，内部设有第一隔板，所述水冷机设置在所述柜体内； 用于控制所述激光电源、所述水冷机和激光器运行的一个控制器，设有与所述激光器连接的接口，分别与所述水冷机和所述激光电源电连接，放置在所述第一隔板的上面。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括: 激光电源，放置在所述第一隔板和所述控制器之间，所述控制器控制所述激光电源为所述激光器提供电源。
3.如权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述水冷机包括:主路冷却系统，包括:主水箱、主水泵、主出水口和主回水口 ；所述主出水口和所述主回水口设置在所述柜体的侧壁上，所述主水泵的两端分别与所述主水箱和所述主出水口连接，所述主回水口与所述主水箱连接，所述主水泵固定于所述柜体的底面的一角，所述主水箱设置在所述主水泵的上方；所述主水箱和所述主水泵之间的管路上还设有第一个三通接头； 空调冷却系统，包括:空调辅水泵，固定在所述第一隔板的下方的第二隔板上，位于所述主水箱的上方，其一端与所述第一个三通接头连接，输出冷却后的水；第一冷凝器，固定在所述第一隔板的底面，其两端分别与所述空调辅水泵和所述主水箱连接，将吸热后的水回送至所述主水箱； 所述主水泵和所 述空调辅水泵分别与所述控制器电连接。
4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述主路冷却系统还包括: 主粗滤芯，设置在所述主水箱和所述主水泵之间的管路上，用于过滤粒径> 5微米的颗粒； 精滤芯，固定在所述第二隔板的底面，设置在所述主水泵和所述主出水口之间的管路上，用于过滤粒径> 2微米的颗粒。
5.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述主路冷却系统还包括: 主路调节阀，设置在所述主水箱和所述主粗滤芯之间； 在所述精滤芯和所述主出水口之间的出水管路上，沿水流方向依次还设有出水压力开关、用于测量出水的温度和流量的出水温度流量计、用于防止循环水倒流的主出水单向阀和主出水阀； 在所述主回水口和所述主水箱之间的回水管路上，沿水流方向依次还设有主回水阀、用于防止回水倒流的主回水单向阀和用于测量回水的温度的回水温度传感器； 所述主路调节阀、所述出水压力开关、所述主出水单向阀、所述出水温度流量计、所述主出水阀、所述主回水阀、所述主回水单向阀和所述回水温度传感器分别与所述控制器电连接。
6.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述水冷机还包括:去离子系统； 所述去离子系统包括至少一个离子罐，用于调节回路电离度； 所述离子罐固定在所述第二隔板的侧面，其一端与设置在所述主水泵和所述主出水口之间的第二个三通接头连接，另一端与所述主水箱连接。
7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述去离子系统还包括: 固定在所述第一隔板的底面的树脂粗滤芯，位于所述离子罐的一侧，设置在所述离子罐和所述主水箱之间的管路上； 离子度仪，设置在所述第二个三通接头和所述离子罐之间的管路中，与所述控制器电连接。
8.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述水冷机还包括:辅路冷却系统；所述辅路冷却系统包括: 固定在所述第二隔板上的辅水箱，位于所述空调辅水泵的上方； 辅回水口和辅出水口，所述辅出水口和所述辅回水口设置在所述侧壁上；所述辅回水口与所述辅水箱连接； 固定在所述柜体的底面上的辅路水泵，两端分别与所述辅水箱和所述辅出水口连接，与所述控制器电连接。
9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述主路冷却系统还包括: 固定在所述柜体上的第二冷凝器，位于所述主水箱的一侧，用于冷却所述主水箱的循环水； 所述辅路冷却系统还包括:用于使回水散热的散热绕组，缠绕在所述第二冷凝器上，设置在所述辅回水口和所述辅水箱之间的管路上。
10.如权利要求1~9任一项权利要求所述的控制系统，其特征在于，所述控制器为机器人控制模块RCU控制器。·
【文档编号】H01S5/024GK203503973SQ201320589667
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】周峰, 杨庆东, 张延亮, 苏伦昌, 董春春, 澹台凡亮, 康民强 申请人:山东能源机械集团大族再制造有限公司